宇宙中的可居住區(qū)

或許在一個發(fā)展完全的地球型行星上存在生命的可居住區(qū)。

可居住區(qū)

對地球早期陸地生命的研究表明，對可居住的行星和衛(wèi)星的要求是有水且溫度適中，所以不能太接近主星。比如在太陽系，可居住區(qū)位于金星與火星之間。比金星近的行星太熱，太干燥，上面不可能有生命；比火星遠(yuǎn)的行星太冷，整個星球結(jié)成一坨冰，不允許生命棲息。因此，尋找太陽系外的生命可居住區(qū)，首先取決于主星（太陽型恒星）的溫度，主星越熱，居住區(qū)的位置越遠(yuǎn)，也越寬；其次，取決于行星的大氣，如果行星周圍有大量俘獲熱量的溫室氣體如二氧化碳，行星就可以維持在距離主星較遠(yuǎn)的地方。此外，還希望主星周圍有氣體/塵埃盤，希望行星上有長期穩(wěn)定的氣候和適當(dāng)比例的化學(xué)成分，希望行星有磁場以防護來自太空其他恒星的致命高能粒子。對地球大小的行星而言，維持生命或許還需要一個大質(zhì)量的行星作為“引力真空吸塵器”，為地球大小的行星清除前進(jìn)道路上的障礙，以免發(fā)生像1994年“蘇梅克－列維彗星”撞擊木星那樣的宇宙撞擊事件。此外，為了保證生命的起源和生存，居住區(qū)一定要在地質(zhì)的時間尺度上保持連續(xù)可居住性。

什么叫“可居住區(qū)”呢？是指生命可以生存的地方。地球的表面有生命，溫暖的地殼下面有生命，寒冷的冰山頂上也有生命，可以想象，地球之外也可能有生命，科學(xué)家推測，它們可能就在地球型行星上。換言之，在一個發(fā)展完全的地球型行星上一定有生命的可居住區(qū)。

“可居住區(qū)”一詞最早出現(xiàn)在1959年，但一直到1992年人們才對它有詳細(xì)的闡述：可居住區(qū)是恒星周圍的一個空間區(qū)域，區(qū)域內(nèi)的行星表面上可以有液態(tài)水，這樣的區(qū)域只能存在于太陽型恒星周圍的行星上。在太陽系中，可居住區(qū)位于金星與火星之間，這里不太熱，也不太冷。

對地球早期陸地生命的研究表明，對可居住的行星和衛(wèi)星的要求是有水，溫度適中，所以不能太接近主星，比如在太陽系，比金星近的行星太熱，太干燥，上面不可能有生命；但也不能距主星太遠(yuǎn)，像冥王星，這樣的星太冷，整個星球結(jié)成一坨冰，不允許生命棲息。

可居住區(qū)的位置，首先取決于主星的溫度，主星越熱，可居住區(qū)的位置越遠(yuǎn)，也越寬；其次，取決于行星的大氣，如果行星周圍有大量俘獲熱量的溫室氣體如二氧化碳，行星就可以維持在距離主星較遠(yuǎn)的地方。此外，還希望主星周圍有氣體/塵埃盤，希望行星上有長期穩(wěn)定的氣候和適當(dāng)比例化學(xué)成分的物質(zhì)，希望行星有磁場以防護來自太空其他恒星的致命高能粒子。對地球大小的行星而言，維持生命或許還需要一個大質(zhì)量的行星作為“引力真空吸塵器”，為地球大小的行星清除前進(jìn)道路上的障礙，以免發(fā)生像1994年“蘇梅克-列維彗星”撞擊木星那樣的宇宙撞擊事件。

要想適合于生命的起源和生存，可居住區(qū)就一定要在地質(zhì)的時間尺度上保持連續(xù)可居住性。由于這個原因，天文學(xué)家只考慮低質(zhì)量的主序星（年紀(jì)到了中年的恒星）作為候選的可居住行星的主星。主序星像太陽一樣，壽命約為100億歲。但是，恒星不是一成不變的，由于演化，恒星會變老，隨著恒星變老，它的光度一般會增加，這將推動可居住區(qū)向外移。在極端情況下，整個可居住區(qū)移開它的主星（在太陽系，可居住區(qū)將移動0.95～1.15個天文單位，天文單位是地球到太陽的距離，1個天文單位等于1.5億千米），從而導(dǎo)致業(yè)已形成可居住區(qū)的行星上的一切生命都遭受不幸。不過，在恒星的大部分生命期間，可居住區(qū)都可能存在。

20世紀(jì)下半葉，科學(xué)家對可居住區(qū)的認(rèn)識有了飛躍發(fā)展。科學(xué)家在被視為生命禁區(qū)的海底發(fā)現(xiàn)一些超級喜熱微生物，生活在海底火山口附近117℃的熱液中，依靠從火山口噴出的物質(zhì)生活，它們能抗御極高的壓力和腐蝕性極強的酸，能經(jīng)受大劑量的輻射照射。科學(xué)家還在幾米深的溫暖地殼下面和寒冷的冰山頂上，發(fā)現(xiàn)了包括超級喜熱微生物在內(nèi)的多種原始生命。與呼吸氧氣的有機物獲得能量的方式不同，超級喜熱微生物不需要有機分子或陽光，而是通過臨時代謝作用獲得能量，這就給了科學(xué)家一個啟迪：除了傳統(tǒng)的可居住區(qū)，只要有液態(tài)水，就可以支持生命存在。如果一顆巨大行星內(nèi)有大量內(nèi)能提供熱量，它就不需要接近主星，在沒有光照的情況下也能維持生命。

即使上面所有條件都具備了，在適當(dāng)軌道上發(fā)現(xiàn)地球大小的行星后，還需對新世界的可居住區(qū)進(jìn)行仔細(xì)考察。由于太陽系外行星距離遙遠(yuǎn)，那里的1米大小的物體用地面望遠(yuǎn)鏡無法看見，所以這個任務(wù)就落到了空間科學(xué)家的頭上。空間科學(xué)家正準(zhǔn)備發(fā)射大型空間望遠(yuǎn)鏡到太空去，已列入計劃的有歐洲空間局的“達(dá)爾文”和美國宇航局的“地球型行星發(fā)現(xiàn)者”。

尋找太陽系外可居住區(qū)的另一個方法是——尋找地外文明，即在地面用射電望遠(yuǎn)鏡收聽“外星人”發(fā)射的無線電信號。這項研究自1959年開始策劃，到20世紀(jì)60年代初拉開帷幕。觀測的第一批對象中有一顆叫做波江座ε星的年輕的太陽型恒星，距離地球10.5光年。在200小時的觀測中，科學(xué)家收聽到了8個較強的脈沖射電信號。“這不是外星人發(fā)射的信號嗎？！”科學(xué)家為之而激動：“外星人能把無線電發(fā)射到我們地球上來，一定具有高度文明。”然而，這些信號后來被證實不是來自“外星人”，而是來自地球上某軍事基地的雷達(dá)試驗信號。

“外星人”發(fā)射無線電波雖然沒有得到證實，但科學(xué)家觀測波江座ε星的興趣并未減退，觀測手段也由射電波段擴展到光學(xué)波段。2000年用巨大望遠(yuǎn)鏡拍攝的照片表明，波江座ε星的行蹤特別有趣，它就好像醉漢一樣，踉踉蹌蹌地走著“之”字步。按這種方式移動的恒星，一般而言它的身邊都隱藏著行星，是行星在用引力拉它的主星走“之”字步。經(jīng)計算，波江座ε星身邊的行星的質(zhì)量約為木星質(zhì)量的1.5倍，繞波江座ε星的運行周期為7年，這是一顆氣體巨行星。哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀測進(jìn)一步揭示，這顆行星的軌道面上有一個氣體/塵埃盤。這表明行星是由氣體/塵埃盤的物質(zhì)形成的。